[发明专利]用于近眼显示器的多通道扫描仪

说明书

公开了一种可用于例如近眼显示器的多通道扫描仪。多通道扫描仪角度地扫描光束，在角域中形成图像。该多通道扫描仪包括光源、可倾斜反射器和多通道耦合器，该多通道耦合器将光源发射的光耦合到可倾斜反射器，接收反射光并将其耦合回可倾斜反射器以使扫描角加倍。然后，多通道耦合器将至少两次从可倾斜反射器反射的光耦合到扫描仪的出射光瞳。被布置在扫描仪的出射光瞳的光瞳复制波导在角域中扩展图像。来自可倾斜反射器的光束的多次反射能够增加显示器的角扫描范围和相关联的视场，而无需增加可倾斜反射器的角扫描范围。

技术领域

本公开涉及可穿戴头戴式装置，尤其涉及用于可穿戴视觉显示头戴式装置的组件和模块。

背景技术

头戴显示器(HMD)、头盔显示器、近眼显示器(NED)等正越来越多地用于显示虚拟现实(VR)内容、增强现实(AR)内容、混合现实(MR)内容等。仅举几个例子，这种显示器在包括娱乐、教育、培训和生物医学科学在内的不同领域得到应用。所显示的VR/AR/MR内容可以是三维(3D)的，以增强体验并将虚拟对象与用户观察到的真实对象相匹配。可以实时追踪用户的眼睛位置和凝视方向和/或定向，并且可以根据用户的头部方向和凝视方向来动态调整所显示的图像，以提供更好的在模拟或增强环境中的沉浸体验。

头戴显示器需要紧凑型显示设备。因为HMD或NED的显示器通常戴在用户的头上，所以大的、大块的、不平衡的和/或重的显示设备将是笨重的，并且可能使用户佩戴起来不舒服。

基于投影仪的显示器(例如，扫描投影仪显示器)提供角域图像，用户的眼睛可以在没有中间屏幕或显示面板的情况下直接观察到该角域中的图像。光瞳复制波导用于将角域图像传送到用户的眼睛。在扫描投影仪显示器中缺少屏幕或显示面板使得能够减小显示器的大小和重量。可以通过在显示器的视场(FOV)上扫描光束来取得图像。

发明内容

扫描投影仪显示器需要光学扫描仪，该光学扫描仪通常基于可倾斜反射器。扫描仪应该能够在显示器的整个视场(FOV)上扫描光束。当光束被扫描时，其亮度和/或颜色可以与扫描相协调地改变，以提供角域图像。光束可以在两个方向上扫描，例如在X和Y视角上。当帧速率足够高时，眼睛对扫描的光束进行整合，使得用户能够基本上没有闪烁地看到所显示的图像。

构造具有可倾斜反射器的扫描显示器的一个挑战是可倾斜反射器所需的角扫描范围。大扫描范围需要折衷其他参数，包括弯曲刚度和扫描速率(频率)。薄而灵活的铰链不能支撑提供所需光束大小和图像质量所需的较大反射镜。根据本公开，可以使光束多次入射到相同可倾斜反射器上，从而在不必增加反射器的最大倾斜角的情况下增加扫描范围。

本发明涉及根据权利要求1的用于扫描光束的多通道扫描仪和根据权利要求10和14用于在眼箱处的角域提供图像的近眼显示器。

根据本公开，提供了一种用于扫描光束的多通道扫描仪。该多通道扫描仪包括：光源，用于提供光束；可倾斜反射器，用于通过以可变角度倾斜可倾斜反射器来反射由光源提供的光束；以及多通道耦合器，用于接收来自光源的光束，并且将光束耦合到可倾斜反射器；用于接收从可倾斜反射器第一次以可变角度的两倍反射的光束，并将光束重定向回可倾斜反射器；以及用于接收从所述可倾斜反射器第二次反射的所述光束，并且将光束耦合到多通道扫描仪的出射光瞳。

多通道耦合器可以包括：反射偏振器，用于反射具有第一偏振态的光和透射具有第二偏振态的光，第二偏振态与第一偏振态正交；以及第一四分之一波长波片(QWP)，被布置在反射偏振器和可倾斜反射器之间的光学路径中，并且被配置为在通过第一QWP的双通道传播后在第一偏振态和第二偏振态之间转换光的偏振态。在操作中，具有第二偏振态的光束依次传播通过反射偏振器和第一QWP，第一次撞击到可倾斜反射器上，被可倾斜反射器反射以再次传播通过第一QWP，从而转换到第一偏振态，被反射偏振器反射，传播通过第一QWP并且第二次撞击到可倾斜反射器上，被可倾斜反射器反射以传播通过第一QWP，从而转换回到第二偏振态，并且传播通过反射偏振器到出射光瞳。